現(xiàn)代交流電機(jī)控制的現(xiàn)狀與展望

王子源

（浙江藍(lán)箭萬(wàn)幫標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310002）

隨著現(xiàn)代交流電機(jī)控制的不斷發(fā)展，對(duì)于技術(shù)條件提出更高的要求，一方面，要求不斷地提升設(shè)備的性能，降低材料的和能源的損耗，并且還需要盡可能的減少投入的成本；另外一方面，需要制定出嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠有效地滿(mǎn)足特殊系統(tǒng)的應(yīng)用需求。近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)逐漸進(jìn)入市場(chǎng)環(huán)境當(dāng)中，并且已經(jīng)取得了顯著的效果，再加上相應(yīng)控制理論的不斷完善，大多數(shù)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)軟件日漸雛形，這在一定程度上為交流電機(jī)的控制帶來(lái)了一定的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。因此，在現(xiàn)如今這個(gè)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的重要時(shí)代，我們應(yīng)當(dāng)牢牢地把握這個(gè)機(jī)會(huì)，抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，尤其是需要理解這個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展方向，制定出相應(yīng)的發(fā)展目標(biāo)。

1 控制理論方面

早在20世紀(jì)的70年代，就出現(xiàn)了異步電動(dòng)機(jī)矢量變換的控制方法，至今為止，已經(jīng)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，這種理論思想的提出主要是將異步電動(dòng)機(jī)模擬成直流電動(dòng)機(jī)，然后，通過(guò)坐標(biāo)變換的方式，分別控制電磁分量與轉(zhuǎn)矩的電流分量，這樣一來(lái)，就能夠獲得與直流電動(dòng)機(jī)同樣良好的動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。目前，市場(chǎng)環(huán)境中出現(xiàn)的這種控制方法是相對(duì)比較成熟的，已經(jīng)逐漸趨向于產(chǎn)品化，并且產(chǎn)生本身的質(zhì)量也比較的穩(wěn)定，這是因?yàn)檫@種方法主要采用的是坐標(biāo)變化的方法，因此，對(duì)于相應(yīng)的控制器的運(yùn)算速度要求比較高，尤其是在處理相應(yīng)數(shù)據(jù)的能力比較高。但是隨著在市場(chǎng)環(huán)境中的大量使用，在結(jié)構(gòu)方面也存在著較多的缺陷，例如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本身比較復(fù)雜，大多數(shù)參數(shù)的變化始終也會(huì)影響系統(tǒng)的性能，對(duì)此需要進(jìn)行詳細(xì)的研究。直到20世紀(jì)末，西方的一些國(guó)家提出了一種全新的控制方法，也就是市場(chǎng)環(huán)境中的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，這種方法在理論上是不需要進(jìn)行坐標(biāo)的變換，更加不需要依賴(lài)一些轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型。但是在具體實(shí)施的過(guò)程中仍然也存在著較多的問(wèn)題有待解決，使得低速的轉(zhuǎn)矩控制器沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，這在市場(chǎng)環(huán)境中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩直接控制系統(tǒng)，但是，這仍然需要相應(yīng)的轉(zhuǎn)子參數(shù)，對(duì)于完全的轉(zhuǎn)矩直接控制距離產(chǎn)品化仍然存在著一定的距離。

縱觀電機(jī)工業(yè)發(fā)展的歷史，幾乎每次進(jìn)行的工業(yè)改革往往都是離不開(kāi)理論方面的突破和改善，但是，目前階段市場(chǎng)環(huán)境中成熟的現(xiàn)代電機(jī)交流系統(tǒng)，也會(huì)隨之產(chǎn)生一些理論數(shù)據(jù)信息，為了能夠適應(yīng)今后的發(fā)展需求，在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)都將會(huì)結(jié)合各種理論，并且將這些理論進(jìn)行比較，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，并且將這些先進(jìn)的理論信息融入交流電機(jī)控制領(lǐng)域當(dāng)中去，使用科學(xué)的技術(shù)方法來(lái)解決這些問(wèn)題。近年來(lái)，智能控制技術(shù)廣泛地出現(xiàn)在市場(chǎng)環(huán)境中，對(duì)于人工智能技術(shù)的研究也比較多，這在間接方面促進(jìn)了現(xiàn)代電機(jī)交流控制的不斷發(fā)展和進(jìn)步。

2 控制器方面

通常情況下，往往有了好的控制方法，還需要結(jié)合相應(yīng)控制器進(jìn)行配合，對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)而言，還需要具有一定的基本特性，那就是可靠性和實(shí)時(shí)性，但是，在最初的電機(jī)控制都采用的是分立相應(yīng)元器件的模擬電路，這種控制方法相對(duì)比較落后，伴隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，逐漸轉(zhuǎn)變成為集成電路，甚至是專(zhuān)用的集成電路，然而，這些電路基本上都是混合的模擬數(shù)字電路，在一定程度上更是大大地提升了控制系統(tǒng)的可靠性以及信號(hào)的抗干擾性，比較適合目前階段電機(jī)控制領(lǐng)域的發(fā)展需求，取得的效果也得到了顯著的提升。對(duì)于那些專(zhuān)業(yè)的集成電路而言，國(guó)內(nèi)大多數(shù)的先進(jìn)工業(yè)企業(yè)，都能夠獨(dú)立提供給自身開(kāi)發(fā)的電機(jī)控制比較專(zhuān)用的集成電路類(lèi)型，因此電機(jī)控制專(zhuān)用集成電路的品種類(lèi)型、規(guī)格參數(shù)以及產(chǎn)品的基本資料都是比較齊全的。但是因?yàn)楦鱾€(gè)工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)品類(lèi)型大不相同，因此產(chǎn)品的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)則是無(wú)法得到有效的統(tǒng)一，產(chǎn)品的分布也將會(huì)變得更加的分散，隨著大量的新產(chǎn)品的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的產(chǎn)品類(lèi)型已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)階段市場(chǎng)環(huán)境的基本需求，這就需要花費(fèi)大量的時(shí)間去收集和整理相關(guān)的資料。由此可知，目前，階段市場(chǎng)環(huán)境中的交流電機(jī)控制的不斷發(fā)展和進(jìn)步已經(jīng)逐漸趨向于多樣化和復(fù)雜化，這時(shí)就需要在傳統(tǒng)的交流電機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷的改進(jìn)和完善，研發(fā)出適合當(dāng)前階段電機(jī)專(zhuān)用的芯片類(lèi)型和技術(shù)條件。

除此之外，隨著集成電路在市場(chǎng)環(huán)境中的廣泛應(yīng)用，這對(duì)于交流電機(jī)控制的影響也是也是十分巨大和深遠(yuǎn)的，這在一定程度上大大地推動(dòng)了交流電機(jī)行業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，并且具有廣大的市場(chǎng)環(huán)境，但是，目前階段國(guó)內(nèi)企業(yè)擁有的集成電路無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)的基本需求，伴隨著科學(xué)技術(shù)水平的顯著提升，尤其是人工智能技術(shù)高速發(fā)展的今天，人們都不會(huì)僅僅滿(mǎn)足于模擬數(shù)字的混合時(shí)代了。

3 電力電子技術(shù)方面

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，電力電子技術(shù)一直以來(lái)都是交流電機(jī)控制領(lǐng)域發(fā)展過(guò)程中十分重要的基礎(chǔ)性?xún)?nèi)容，其中會(huì)用到大量的大功率半導(dǎo)體的元器件，這些大功率元器件的不斷改善在一定程度上也將會(huì)影響交流電機(jī)控制的基本水平。目前，隨著元器件在交流電機(jī)控制系統(tǒng)中的大量使用，本身的性能和參數(shù)也得到了顯著的提升，逐漸實(shí)現(xiàn)了人工智能化，從而能夠有效地突顯出元器件工作頻率高的特點(diǎn)，在工作的過(guò)程中也會(huì)顯得更加安全可靠。除此之外，在國(guó)外的一些企業(yè)中出現(xiàn)了全新交流電機(jī)控制元器件，這些元器件的基本頻率基本上都在20Hz以下，這樣電壓和電流的指標(biāo)就如同電流浪涌耐量、電阻的阻斷峰值以及導(dǎo)通的電流密度等，都能夠在一定程度上體現(xiàn)出元器件的質(zhì)量水平。但是現(xiàn)階段大功率的半導(dǎo)體元器件逐漸朝著集成化和智能化的方向發(fā)展，以往所使用的大功率模塊則是集成電路系統(tǒng)的過(guò)度產(chǎn)品，這是結(jié)合了電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的綜合產(chǎn)物，不但能夠提升系統(tǒng)的可靠性，另外，極大地節(jié)約了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)創(chuàng)造時(shí)間，并且投入的成本費(fèi)用也會(huì)極大的減少，從而為質(zhì)量水平的發(fā)展和進(jìn)步奠定了基礎(chǔ)。

4 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面

自從工業(yè)革命以來(lái)，信息技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，經(jīng)過(guò)多年的改革和完善，使得現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的功能變得越來(lái)越強(qiáng)大。為了能夠更好地適應(yīng)目前階段社會(huì)市場(chǎng)環(huán)境的發(fā)展需求，為大多數(shù)的交流電機(jī)控制系統(tǒng)提供更多的便利，則需要不斷地研究和開(kāi)發(fā)更多的仿真軟件，例如，比較常見(jiàn)的MATLAB軟件，功能十分的強(qiáng)大，提供的工具也比較豐富，目前這已經(jīng)成為設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)比較有效的軟件。例如，一些控制理論發(fā)生轉(zhuǎn)變，則可以將好的想法輸送給這個(gè)軟件，使其對(duì)控制理論進(jìn)行篩選、驗(yàn)證和修改，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)在線仿真的功能，一旦仿真系統(tǒng)在軟件中通過(guò)，這可以實(shí)際運(yùn)用于交流電機(jī)控制領(lǐng)域中，這樣在一定程度上就有效地避免和減少了重新編制的麻煩，并且大大地縮短了成本的投入和研發(fā)的時(shí)間，甚至可以通過(guò)系統(tǒng)軟件自己研發(fā)一套控制系統(tǒng)，利用MATLAB這項(xiàng)軟件進(jìn)行實(shí)際的開(kāi)發(fā)。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在目前的市場(chǎng)環(huán)境中，交流電機(jī)控制領(lǐng)域本就具有一個(gè)十分廣闊的市場(chǎng)，這不僅技術(shù)條件十分成熟，而且技術(shù)更新條件的速度也非?？?。在國(guó)內(nèi)的大多數(shù)企業(yè)，往往面臨著許多國(guó)外大公司的激烈競(jìng)爭(zhēng)，尤其是在基礎(chǔ)性的工業(yè)領(lǐng)域中，我國(guó)的電力電子企業(yè)技術(shù)條件都十分的落后，在這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)環(huán)境中，我國(guó)根本沒(méi)有展現(xiàn)出自身的優(yōu)勢(shì)，尤其是在電子芯片和電力元器件的研發(fā)方面都比較被動(dòng)，現(xiàn)有的產(chǎn)品基本上都是由國(guó)外的企業(yè)所提供的，這就導(dǎo)致我國(guó)的企業(yè)在市場(chǎng)環(huán)境中沒(méi)有話語(yǔ)權(quán)。因此，在今后的發(fā)展過(guò)程中我們需要充分的發(fā)揮出自身的優(yōu)勢(shì)，牢牢地把握住這個(gè)時(shí)代所帶來(lái)的機(jī)遇，善于利用新的技術(shù)，這將會(huì)大大地提升國(guó)內(nèi)企業(yè)在市場(chǎng)環(huán)境中的戰(zhàn)略地位。